專利名稱：便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種信號檢測裝置。更具體地說是涉及對石油、天然氣鉆探的關(guān)鍵工件一鉆桿 的質(zhì)量檢測，通過檢測以確定鉆桿在運行過程中是否安全。
背景技術(shù)：
鉆桿是在承壓、承重和高扭力狀態(tài)運行。若鉆桿內(nèi)含缺陷，可能造成鉆桿斷裂、鉆機損 壞等重大事故。鉆桿質(zhì)量檢測儀就是用來發(fā)現(xiàn)鉆桿內(nèi)缺陷，避免事故發(fā)生。己有的鋼管渦流探傷儀根據(jù)我國冶金部標(biāo)準(zhǔn)YB/T4083，利用渦流探傷原理實現(xiàn)探傷， 鋼管在通過渦流探傷儀的交流磁化器時，受到交變磁場磁化，在鋼管外表面形成圓電流一 渦流。當(dāng)鋼管中有裂紋等缺陷時，電流回路的圓電流由于裂紋等缺陷回路電阻而發(fā)生變化， 與圓電流平面垂直的交變磁場發(fā)生變化，渦流檢測線圈通過磁感應(yīng)的方法，拾取該變化磁場， 在示波器上顯示缺陷的存在與否。但現(xiàn)有渦流探傷儀存在如下缺點1、 由于采用交流磁化，交變圓電流具有集膚效應(yīng)，因此交變圓電流只在鉆桿的淺外表 邊流動，鉆桿內(nèi)部或內(nèi)壁存在的缺陷不會影響圓電流發(fā)生，顯然這一方式只能檢測鉆桿外表 面缺陷。但實際上，鉆桿內(nèi)部缺陷對于鉆桿的安全起著關(guān)鍵的作用。2、 由于鉆桿本身都帶有接箍，常規(guī)接箍單邊厚度在10mm以上，但渦流檢測線圈必須貼 近鉆桿表面才能檢測到鉆桿裂紋等缺陷的交變磁場，比如EEC—35++智能雙頻四通道全數(shù)字 式渦流檢測儀，是要求檢測線圈與鉆桿外表面保持為5mm以內(nèi)的間隙，因此，由于接箍厚度 所限，渦流檢測儀不能在所要求的間隙內(nèi)貼近鉆桿表面，因此無法檢測帶接箍的鉆桿。3、 根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T7735的規(guī)定，渦流檢測方法只能用于180mm以內(nèi)小直徑鋼管的表 面缺陷檢測，對于直徑大于180mm的鋼管檢測無效。4、 目前的渦流檢測設(shè)備不能在鉆井現(xiàn)場進(jìn)行便攜式檢測；目前常規(guī)的超聲檢測方法由于聲干涉、耦合劑和通道數(shù)等限制，只能進(jìn)行局部的檢測， 且檢測速度低、漏檢嚴(yán)重。美國托博維高(TUBSCOPE)公司是最著名的生產(chǎn)鋼管探傷設(shè)備企業(yè)，生產(chǎn)的鋼管檢測設(shè)備 占領(lǐng)95%以上國際市場。但由于他們的設(shè)備體積龐大達(dá)十米以上、重量達(dá)數(shù)十噸，需要專門 安裝在專用的鉆桿加工、修復(fù)車間，鉆桿需要從鉆井現(xiàn)場遠(yuǎn)途調(diào)運到檢修車間才能完成對鉆 桿缺陷的檢測，不能在鉆井現(xiàn)場實施檢測。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀， 一方面，對于鉆桿的內(nèi)表面、外表面和內(nèi)部都能實施缺陷檢測，另一方面，以便攜的 形式在鉆井現(xiàn)場、鉆桿生產(chǎn)和加工線上對其質(zhì)量實施檢測，以使得工程的安全可靠性得到更 進(jìn)一步的保障。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀的結(jié)構(gòu)特點是以一對相間、且并行設(shè)置的圓環(huán)為 兩側(cè)端板構(gòu)成環(huán)狀筒體，被測桿位于筒體軸線位置上并貫穿環(huán)狀筒體，在所述環(huán)狀筒體中， 磁敏傳感器圍繞被測桿的外周設(shè)置呈探頭陣列，所述探頭陣列包括沿軸線方向上的至少兩 列，每列中探頭沿圓周方向至少為兩只，不同列中的探頭在沿圓周方向上相互交錯，共同形成對被測桿的整周的覆蓋；每只探頭是以徑向彈性壓力抵靠在被測桿外側(cè)壁上；在所述傳感 頭陣列的外圍，設(shè)置在傳感頭陣列所在位置的被測桿中形成穩(wěn)恒磁場的磁化線圈。 本發(fā)明便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀的結(jié)構(gòu)特點也在于-在環(huán)狀筒體內(nèi)，磁化線圈固定設(shè)置在一側(cè)端板上；在另一側(cè)端板上設(shè)置用于固定各探頭 的探頭支架，所述探頭支架是以被測桿軸線為中心線呈錐形分布，探頭支架的前端固聯(lián)探頭， 探頭支架的尾端鉸接在端板上，其鉸接處設(shè)置為可以使前端探頭以徑向上的彈性壓力抵靠在 被測桿外側(cè)壁上的彈性鉸鏈。所述各探頭設(shè)置為具有與被測桿相同弧度的瓦片狀內(nèi)表面。在所述環(huán)狀筒體外部，位于兩側(cè)端板外側(cè)壁上，以軸線呈"V"形設(shè)置一對可轉(zhuǎn)動的支 撐導(dǎo)輥，以所述支撐導(dǎo)輥對被測桿形成"V"形滾動支撐。本發(fā)明采用穩(wěn)恒磁場對被測桿進(jìn)行磁化，使被測桿內(nèi)、外壁和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生漏磁場同時， 用磁敏傳感器拾取這些缺陷漏磁場形成缺陷信號以發(fā)現(xiàn)缺陷和其嚴(yán)重等級。與已有技術(shù)相 比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在1、 本發(fā)明采用穩(wěn)恒磁場進(jìn)行檢測，磁場在鉆桿截面上均勻分布，各點缺陷都能在磁敏 傳感器上形成缺陷信號，因此能夠可靠地檢測出被測桿的內(nèi)表面、外表面以及桿體內(nèi)部缺陷， 尤其是對于桿體內(nèi)部缺陷的探測極大地提高了施工安全性。2、 本發(fā)明將磁敏傳感器設(shè)置為探頭陣列，并且各探頭是以徑向彈性壓力抵靠在被測桿 外側(cè)壁上，檢測中是以檢測儀沿著被測桿的軸向移動，由對被測桿形成整周覆蓋的多列探頭 沿著被測桿的軸向進(jìn)行掃描，從而完成對于被測桿的整桿探測。在這一過程中遇到鉆桿接箍 時，探頭的彈性壓力使探頭可以對鉆桿接箍進(jìn)行被動避讓，因而使帶有接箍的鉆桿同樣能得 到可靠的檢測。3、 本發(fā)明檢測儀中的探頭陣列形成了微分檢測的形式。該探頭陣列可以在銅質(zhì)溝槽內(nèi)貼敷光刻線圈構(gòu)成。缺陷磁力線穿過探頭陣列時，利用微分探頭內(nèi)的光刻線圈，缺陷信號由 微分運算的方式形成?！?v = —A4>/At=—dd)/dt 這種微分運算的方式形成的缺陷信號，可以將鉆桿表面的摩擦、銹蝕和油污產(chǎn)生的噪聲 積累消除，大大提高了缺陷信號/噪聲信號比，提高檢測結(jié)果的可靠性。4、 本發(fā)明檢測儀積極小、重量輕、操作靈便，能夠以便攜的形式在鉆井現(xiàn)場、鉆桿生 產(chǎn)中和在加工線上對鉆桿質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測，使得工程的安全可靠性得到更進(jìn)一步的保障。5、 本發(fā)明對于鉆桿的檢測不受直徑的限制，尤其是對于180mm以上的大直徑鉆桿的檢 測使其應(yīng)用范圍得到極大的拓寬?？蓮V泛地用于對從鉆機中取出的鉆桿進(jìn)行全面檢測以判斷 鉆桿鉆井過程中是否受到損傷和能否再使用，從而防止由于鉆桿缺陷引起斷裂而發(fā)生事故； 用于對鉆機生產(chǎn)線上的產(chǎn)品進(jìn)行全面的質(zhì)量檢測，從而判斷鉆桿產(chǎn)品是否為合格；用于石油、 天然氣和其它礦藏鉆井現(xiàn)場對鉆桿的裂紋、夾雜、腐蝕等缺陷的快速探傷；用于冶金廠對鉆 桿軋制過程中的質(zhì)量檢測；用于鉆桿加工和修復(fù)企業(yè)對鉆桿進(jìn)行快速檢測；用于冶金廠對軋 制過程中的鉆桿坯料進(jìn)行質(zhì)量檢測等等。


圖l為本發(fā)明端面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1 A-A視圖。圖3為本發(fā)明檢測原理示意圖。圖中標(biāo)號1左側(cè)端板、2右側(cè)端板、3被測桿、4探頭、5磁化線圈、6探頭支架、7 彈性鉸鏈、8支撐導(dǎo)輥、9非磁性螺栓、IO把手、ll缺陷磁力線、12缺陷。 以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明-具體實施方式
參見圖l、圖2，以一對相間、且并行設(shè)置的圓環(huán)分別為左側(cè)端板1和右側(cè)端板2構(gòu)成 環(huán)狀筒體，被測桿3位于筒體軸線位置上并貫穿環(huán)狀筒體，在環(huán)狀筒體中，磁敏傳感器圍繞 被測桿3的外周設(shè)置呈探頭陣列，本實施例中，探頭陣列包括沿軸線方向上的兩列，每列中 的探頭4沿圓周方向設(shè)置為四只，不同列中的探頭4在沿圓周方向上相互交錯，以兩列探頭 4共同形成對被測桿3的整周的覆蓋。每只探頭4是以徑向彈性壓力抵靠在被測桿3的外側(cè)壁上;為了提高信號檢測的可靠性， 可以將各探頭4設(shè)置為具有與被測桿3相同弧度的瓦片狀內(nèi)表面。在傳感頭陣列的外圍，設(shè) 置在傳感頭陣列所在位置的被測桿3中形成穩(wěn)恒磁場的磁化線圈5。在環(huán)狀筒體內(nèi)，磁化線圈5固定設(shè)置在右側(cè)端板2上；在左側(cè)端板1上設(shè)置用于固定各 探頭4的非磁性體探頭支架6，探頭支架6是以被測桿3的軸線為中心線呈錐形分布，探頭 支架6的前端固聯(lián)探頭4，探頭支架6的尾端鉸接在左側(cè)端板1上，其鉸接處設(shè)置為可以使 前端探頭4以徑向上的彈性壓力抵靠在被測桿3的外側(cè)壁上的彈性鉸鏈7。在環(huán)狀筒體外部，位于兩側(cè)端板外側(cè)壁上，以軸線呈"V"形設(shè)置一對可轉(zhuǎn)動的支撐導(dǎo) 輥8，以支撐導(dǎo)輥8對被測桿3形成"V"形滾動支撐。參見圖3，具體實施中，探頭陣列在銅質(zhì)溝槽內(nèi)貼敷光刻線圈構(gòu)成，磁化線圈內(nèi)通過穩(wěn) 恒電流，在被測桿3的桿體內(nèi)形成恒定磁化場；直流電源接通磁化線圈時，根據(jù)右手定則， 磁化線圈產(chǎn)生的磁力線從一側(cè)穿過被測桿桿壁，并從另一側(cè)穿出，經(jīng)過磁化線圈空氣形成閉 合回路；被測桿3內(nèi)的缺陷12使磁化場的磁力線折射到被測桿的外表面為A(J)，缺陷磁力 線ll穿過探頭內(nèi)的光刻線圈，形成的缺陷信號 △ v= -△<!)/△ t=-dcb/dt 根據(jù)缺陷信號的參數(shù)判斷鉆桿的質(zhì)量；以穩(wěn)恒電流磁化線圈磁化被測桿，在被測桿的內(nèi)表面、外表面以及桿體內(nèi)部的缺陷都能 使缺陷磁力線折射到被測桿的外表面形成缺陷信號，因此能可靠地檢測被測桿內(nèi)外表面和內(nèi) 部缺陷。實施例左側(cè)端板1和右側(cè)端板2為鋁板，使用四只非磁性螺栓9將左側(cè)端板1和右側(cè)端板2平 行固定，左側(cè)端板1與右側(cè)端板2之間保持約200mm的距離，形成環(huán)狀筒體。磁化線圈5設(shè) 置為2000匝、外形寬度為160mm;以軸線呈"V"形設(shè)置一對可轉(zhuǎn)動的支撐導(dǎo)輥8，既能將 檢測儀支撐在被測桿上，又能使檢測儀沿被測桿軸向輕松移動。在環(huán)狀筒體的一側(cè)設(shè)置把手10可以將檢測儀地方便地套進(jìn)和撤出被測桿。磁敏傳感器中各探頭的信號輸出端通過膠質(zhì)絞合電線與信號放大器連接，絞合電線用于 防止產(chǎn)生磁場干擾信號；信號放大器輸出的信號通過常規(guī)的示波器接口電纜就能在示波器中 觀測到被測桿上的缺陷信號；也可以通過常規(guī)的A/D卡與計算機連接，在計算機顯示屏進(jìn)行 缺陷信號的觀測。
權(quán)利要求
1、便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀，其特征是以一對相間、且并行設(shè)置的圓環(huán)為兩側(cè)端板構(gòu)成環(huán)狀筒體，被測桿(3)位于筒體軸線位置上并貫穿環(huán)狀筒體，在所述環(huán)狀筒體中，磁敏傳感器圍繞被測桿(3)的外周設(shè)置呈探頭陣列，所述探頭陣列包括沿軸線方向上的至少兩列，每列中探頭沿圓周方向至少為兩只，不同列中的探頭(4)在沿圓周方向上相互交錯，共同形成對被測桿(3)的整周的覆蓋；每只探頭(4)是以徑向彈性壓力抵靠在被測桿(3)外側(cè)壁上；在所述傳感頭陣列的外圍，設(shè)置在傳感頭陣列所在位置的被測桿(3)中形成穩(wěn)恒磁場的磁化線圈(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀，其特征是在所述環(huán)狀筒體 內(nèi)，所述磁化線圈(5)固定設(shè)置在一側(cè)端板上；在另一側(cè)端板上設(shè)置用于固定各探頭(4) 的探頭支架(6)，所述探頭支架(6)是以被測桿(3)的軸線為中心線呈錐形分布，探頭支 架(6)的前端固聯(lián)探頭(4)，探頭支架(6)的尾端鉸接在端板上，其鉸接處設(shè)置為可以使 前端探頭(4)以徑向上的彈性壓力抵靠在被測桿(3)的外側(cè)壁上的彈性鉸鏈(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀，其特征是所述各探頭(4) 設(shè)置為具有與被測桿(3)相同弧度的圓弧形內(nèi)表面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀，其特征是在所述環(huán)狀筒體 外部，位于兩側(cè)端板外側(cè)壁上，以軸線呈"V"形設(shè)置一對可轉(zhuǎn)動的支撐導(dǎo)輥(8)，以所述 支撐導(dǎo)輥(8)對被測桿(3)形成"V"形滾動支撐。
全文摘要
便攜式穩(wěn)恒磁場鉆桿質(zhì)量檢測儀，其特征是以一對相間、且并行設(shè)置的圓環(huán)為兩側(cè)端板構(gòu)成環(huán)狀筒體，被測桿位于筒體軸線位置上并貫穿環(huán)狀筒體，在環(huán)狀筒體中，磁敏傳感器圍繞被測桿的外周設(shè)置呈探頭陣列，探頭陣列包括沿軸線方向上的至少兩列，每列中探頭沿圓周方向至少為兩只，不同列中的探頭在沿圓周方向上相互交錯，共同形成對被測桿的整周的覆蓋；每只探頭是以徑向彈性壓力抵靠在被測桿外側(cè)壁上；在傳感頭陣列的外圍設(shè)置在傳感頭陣列所在位置的被測桿中形成穩(wěn)恒磁場的磁化線圈。本發(fā)明可以對鉆桿內(nèi)外表面及內(nèi)部進(jìn)行缺陷檢測，其便攜的形式便于在鉆井現(xiàn)場、鉆桿生產(chǎn)中和在加工線上對鉆桿質(zhì)量實時檢測。
文檔編號G01N27/82GK101251512SQ20081002338
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者偉 何, 箭 何, 何輔云, 張海燕, 彬 陳 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)